DE102016207303A1 - Solar cell and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle, mit einem Silizium-Substrat, welches eine Substratrückseite aufweist, wobei an der Substratrückseite ein Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner verschiedene Varianten eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Solarzelle.The present invention relates to a solar cell having a silicon substrate having a substrate backside, wherein on the back of the substrate, a gallium back field is provided. The present invention further relates to various variants of a method for producing such a solar cell.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle.The present invention relates to a solar cell and a method for producing a solar cell.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Solarzellen weisen üblicherweise ein Silizium-Substrat auf, welches eine dotierte Basis aufweist. Beispielsweise kann ein Bereich mit p– Dotieratomen, beispielsweise Bor (B), Gallium (Ga) oder Aluminium (Al) vorgesehen sein. Alternativ kann die Basis mit n-Dotieratomen, beispielsweise Phosphor (P) oder Arsen (As), dotiert sein.Solar cells usually have a silicon substrate which has a doped base. For example, a region with p-doping atoms, for example boron (B), gallium (Ga) or aluminum (Al) may be provided. Alternatively, the base may be doped with n-doping atoms, for example phosphorus (P) or arsenic (As).
PERC (Passivated Emitter and Rear Cell; zu Deutsch: Solarzelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite) bezeichnet eine Solarzellentechnologie, mit welcher deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt werden können. Bei einer PERC-Solarzelle weist das Silizium-Substrat eine strukturierte Passivierschicht auf der Rückseite des Halbleiterkörpers auf, die dazu vorgesehen ist, Rekombinationsverluste am Rückseitenkontakt der Solarzelle zu verringern. Die dazugehörige Kontaktstruktur ist auf der Passivierschicht angeordnet und kontaktiert die rückseitige Oberfläche des Halbleiterkörpers in lokaler Weise über in der Passivierschicht vorhandene Kontaktöffnungen. Eine solche PERC-Solarzelle ist z. B. in der
Aluminium-BSF (BSF: Back-Surface-Field), auch Aluminium-Rückseitenfeld genannt, bezeichnet ein Solarzellendesign, wobei direkt an der Rückseite des Silizium-Substrats eine Aluminiumschicht vorgesehen ist. Im Bereich der Schichtgrenze zu Silizium bildet sich in der Herstellung bei einem Feuerprozess eine Aluminium-Silizium-Legierung. Da Aluminium als Dotant in Silizium fungieren kann, wird mittels des rekristallisierten Siliziums mit eingebautem Aluminium ein sogenanntes Al-BSF (Aluminium Back-Surface-Field bzw. Aluminium Rückseitenfeld) gebildet. Das Aluminium-BSF hat die Aufgabe, erzeugte Elektronen daran zu hindern an der Rückseite zu rekombinieren. Dies wird durch die p+ Dotierung des dreiwertigen Aluminiums erreicht.Aluminum BSF (BSF: Back Surface Field), also known as aluminum back field, denotes a solar cell design, wherein an aluminum layer is provided directly on the back of the silicon substrate. In the area of the layer boundary with silicon, an aluminum-silicon alloy is formed in the production during a fire process. Since aluminum can act as a dopant in silicon, by means of the recrystallized silicon with built-in aluminum, a so-called Al-BSF (aluminum back-surface field or aluminum back surface field) is formed. The task of the aluminum BSF is to prevent generated electrons from recombining at the back. This is achieved by the p + doping of the trivalent aluminum.
Ferner existieren PERC Solarzellen, bei welchen lokal im Bereich von Ausnehmungen der Passivierschicht, in welchen eine Metallisierungsschicht aus Aluminium das Substrat kontaktiert, ein Aluminium-BSF gebildet wird. Beispielsweise beschreibt die
Aluminium weist jedoch (auch) ungünstige Rekombinationseigenschaften auf. Insbesondere kann Aluminium Komplexe mit Sauerstoff bilden, was zur Rekombination von Ladungsträgern führen kann.However, aluminum has (also) unfavorable recombination properties. In particular, aluminum can form complexes with oxygen, which can lead to the recombination of charge carriers.
Darüber hinaus ist zur Verminderung des Effekts der Licht induzierten Degradation (LID, light induced degradation) bisweilen oftmals eine Gallium Dotierung des Substrats bzw. des Kristalls erforderlich, um für die LID verantwortliche Kupferatome zu binden.In addition, to reduce the effect of light-induced degradation (LID), sometimes gallium doping of the substrate or crystal is often required to bind copper atoms responsible for the LID.
Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.This is a condition to be improved.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Solarzelle anzugeben.Against this background, the present invention has the object to provide an improved solar cell.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a solar cell having the features of
Demgemäß ist vorgesehen:
- – Eine Solarzelle, mit einem Silizium-Substrat, welches eine Substratrückseite aufweist, wobei an der Substratrückseite ein Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist.
- – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium auf eine mit Ausnehmungen strukturierte Passivierschicht, welche an der Rückseite eines Silizium-Substrats vorgesehen ist; und Eintreiben des Galliums als Dotierung in das Silizium-Substrat in dem Bereich der Ausnehmungen zur Bildung eines lokalen Gallium-Rückseitenfeldes.
- – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium vollflächig direkt auf die Substratrückseite eines Silizium-Substrats; und Eintreiben des Galliums als Dotierung in das Silizium-Substrat zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes.
- – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen einer eine Galliumverbindung aufweisenden Passivierschicht direkt auf die Substratrückseite eines Siliziumsubstrats; Eintreiben von Gallium aus der Passivierschicht als Dotierung in das Silizium-Substrat zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes; und Entfernen von Rückständen der Galliumverbindung.
- - A solar cell, with a silicon substrate, which has a substrate back, wherein on the back of the substrate, a gallium back field is provided.
- A method for producing a solar cell, in particular a solar cell according to the invention, comprising the steps of: depositing gallium on a recess-structured passivation layer which is provided on the back side of a silicon substrate; and driving the gallium as doping into the silicon substrate in the region of the recesses to form a local gallium back surface field.
- A method for producing a solar cell, in particular a solar cell according to the invention, comprising the steps of: depositing gallium over the entire surface directly onto the substrate rear side of a silicon substrate; and driving the gallium as a dopant into the silicon substrate to form a gallium back surface field.
- A method for producing a solar cell, in particular a solar cell according to the invention, comprising the steps of: depositing a gallium compound-comprising passivation layer directly on the substrate back side of a silicon substrate; Driving gallium out of the passivation layer as a dopant into the silicon substrate to form a gallium backside field; and removing residues of the gallium compound.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Rückseitenfeld bzw. ein BSF mit Gallium auszubilden. Gallium ist weniger reaktionsaktiv als Aluminium. Auf diese Weise werden die ungünstigen Rekombinationseigenschaften von Aluminium, welches üblicherweise für ein BSF verwendet wird, vermieden. Ferner kann eine Gallium Dotierung der Silizium-Substrat Basis bzw. des Kristalls zur Bindung von Kupferatomen obsolet werden.The idea underlying the present invention is to form a back surface field or a BSF with gallium. Gallium is less reactive than aluminum. In this way, the unfavorable recombination properties of aluminum, which is commonly used for a BSF, are avoided. Furthermore, gallium doping of the silicon substrate base or of the crystal for binding copper atoms can become obsolete.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass Gallium ebenfalls ein Eutektikum mit Silizium bildet, als Dotant in Silizium fungieren kann und darüber hinaus hohe temperaturabhängige effektive Diffusionskonstanten aufweist. Mittels in das Silizium-Substrat eingebautem Gallium kann daher ein Gallium-Rückseitenfeld bzw. Gallium-BSF mit vergleichsweise geringem Herstellungssaufwand gebildet werden. Dies wäre beispielsweise mit dem ebenfalls dreiwertigen Element Bor aufgrund der sehr langsamen Diffusion von Bor in Silizium und des Fehlens eines Eutektikums im System Bor-Silizium nur mit sehr viel höherem Aufwand möglich.The finding underlying the present invention is that gallium also forms a eutectic with silicon, can act as a dopant in silicon and also has high temperature-dependent effective diffusion constants. By means of gallium incorporated into the silicon substrate, it is therefore possible to form a gallium back surface field or gallium BSF with comparatively low production costs. This would be possible, for example, with the also trivalent element boron due to the very slow diffusion of boron into silicon and the absence of a eutectic in the boron-silicon system only with much greater effort.
Vorteilhaft werden Elektronen erfindungsgemäß durch das Gallium-Rückseitenfeld effektiv daran gehindert, an der Rückseite des Substrats zu rekombinieren, was durch die p+ Dotierung des 3 wertigen Galliums erreicht wird. Dies wird vorteilhaft ohne Aluminium, welches selbst ein Rekombinationszentrum darstellt, erreicht. Somit wird vorteilhaft die bei Aluminium vorliegende teilweise Kompensation des positiven Effekts des Rückseitenfeldes vermieden.Advantageously, according to the invention, electrons are effectively prevented from recombining at the backside of the substrate by the gallium backside field, which is achieved by the p + doping of the trivalent gallium. This is advantageously achieved without aluminum, which itself represents a recombination center. Thus, it is advantageous to avoid the partial compensation of the positive effect of the rear side field which is present in the case of aluminum.
Das Gallium-Rückseitenfeld ist zu unterscheiden von einem herkömmlich Gallium dotierten Siliziumkristall. Ein bedeutender Unterschied liegt hier vor allem in der erreichbaren Konzentration des Galliums. Während ein herkömmlich Gallium dotierter Wafer bzw. Siliziumkristall Konzentrationen von 1014 bis 1017 Atomen pro Kubikzentimeter aufweist, sind mit einem erfindungsgemäßen Gallium-Rückseitenfeld sehr viel höhere Konzentrationen erreichbar.The gallium back surface field is to be distinguished from a conventionally gallium doped silicon crystal. A significant difference lies above all in the achievable concentration of gallium. While a conventional gallium doped wafer or silicon crystal has concentrations of 10 14 to 10 17 atoms per cubic centimeter, much higher concentrations can be achieved with a gallium back surface field of the present invention.
Ein weiterer Unterschied liegt in der Verteilung des Galliums, welche mit einem Gallium-Rückseitenfeld sehr viel heterogener ist und sich auf eine oberste Schicht des Silizium-Substrats konzentriert. Dies ist aber unschädlich, da Kupfer bei hohen Temperaturen in Silizium sehr schnell diffundiert. Daher braucht nicht das gesamte Volumen des Silizium-Substrats mit Gallium hoch dotiert sein, da das Kupfer auch zu dem Gallium diffundieren kann. Auf diese Weise werden ohne Notwendigkeit einer herkömmlichen Galliumdotierung des Siliziumkristalls stabile Kupfer-Gallium-Paare gebildet, sodass der LID Effekt vermindert wird.Another difference is the distribution of gallium, which is much more heterogeneous with a gallium back surface field and concentrates on a topmost layer of the silicon substrate. However, this is harmless since copper diffuses very rapidly at high temperatures in silicon. Therefore, the entire volume of the silicon substrate need not be highly doped with gallium because the copper can also diffuse to the gallium. In this way, stable copper-gallium pairs are formed without the need for conventional gallium doping of the silicon crystal, thus reducing the LID effect.
Ferner ist das Gallium-Rückseitenfeld zu unterscheiden von einer Passivierschicht mit einer Galliumverbindung und auch von einer Metallisierung mit galliumhaltigen Pasten. Bei diesen kann zwar ggfs. auch in das Silizium eingetriebenes Gallium vorliegen, der Unterschied liegt aber in der Eindringtiefe des Galliums. Bei einem Gallium-Rückseitenfeld beträgt die Eindringtiefe im Unterschied zur Passivierung oder Metallisierung deutlich mehr als 500 Nanometer in der obersten Schicht eines Silizium-Substrats. Beispielsweise sind Eindringtiefen größer als 2 Mikrometer möglich und theoretisch bis zu 20 μm denkbar. Dies ist erfindungsgemäß durch gezieltes Eintreiben des Galliums erreichbar.Further, the gallium backface is to be distinguished from a passivation layer with a gallium compound and also from metallization with gallium-containing pastes. Although these may also have gallium driven into the silicon, the difference lies in the penetration depth of the gallium. In the case of a gallium back field, the penetration depth, in contrast to the passivation or metallization, is significantly more than 500 nanometers in the uppermost layer of a silicon substrate. For example, penetration depths greater than 2 micrometers are possible and theoretically up to 20 microns conceivable. This is inventively achievable by targeted driving of the gallium.
Das Eintreiben des Galliums kann auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden.The driving of the gallium can be done in different ways.
Zum einen kann es entweder nur lokal, das heißt auf vorbestimmte Flächenabschnitte der Substratrückseite begrenzt, oder vollflächig eingetrieben werden. Ferner sind unterschiedliche Ausgangsstoffe, wie reines Gallium, Gallium-Legierungen oder Gallium-Verbindungen, möglich.On the one hand, it can either be limited only locally, that is to say on predetermined surface sections of the substrate rear side, or be driven over the entire surface. Furthermore, different starting materials, such as pure gallium, gallium alloys or gallium compounds, possible.
Ein lediglich lokales Aufbringen kann dadurch realisiert werden, dass Gallium auf eine mit Ausnehmungen versehenen Passivierungsschicht bzw. Passivierschicht aufgetragen und anschließend eingetrieben wird.Only local application can be achieved by applying gallium to a passivation layer or passivation layer provided with recesses and then driving it in.
Alternativ kann das Gallium direkt auf das Substrat, insbesondere vollflächig, aufgetragen und eingetrieben werden. Alternatively, the gallium can be applied directly to the substrate, in particular over the entire surface, and driven in.
Galliumrückstände, welche nicht als Dotierung in das Silizium-Substrat eingetrieben wurden sowie etwaige beim Eintreiben gebildete Gallium-Silizium-Legierung werden vorzugsweise nach dem Eintreiben entfernt. Insbesondere kann dazu beispielsweise ein Rückätzen der Galliumrückstände vorgenommen werden. Begründet ist dies darin, dass insbesondere Gallium-Silizium-Legierungen ein Eutektikum bilden und somit einen sehr niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Mit Rückständen von Gallium wäre das Substrat somit nur sehr schwierig weiter zu einer Solarzelle zu prozessieren. Insbesondere würde dann eine Metallisierung, wozu in der Regel höhere Temperaturen notwendig sind, kaum möglich sein. Das Gallium-Rückseitenfeld wird hingegen von den höheren Temperaturen nicht beeinträchtigt, da hier das Gallium lediglich als Dotierung im Silizium vorliegt.Gallium residues which have not been driven into the silicon substrate as doping and any gallium-silicon alloy formed during driving are preferably removed after driving. In particular, this can be done, for example, a Rückätzen the gallium residues. This is due to the fact that in particular gallium-silicon alloys form a eutectic and thus have a very low melting point. With residues of gallium, the substrate would thus be very difficult to process further to a solar cell. In particular, then a metallization, which usually higher temperatures are necessary, would hardly be possible. On the other hand, the gallium backside field is not affected by the higher temperatures, since here the gallium is present only as doping in the silicon.
Alternativ zu einem Entfernen der Rückstände des Galliums wäre es auch denkbar, das Gallium bei bzw. mit dem Eintreiben vollständig zu Oxidieren und eine so entstandene Galliumoxidschicht als Passivierungsschicht zu nutzen.As an alternative to removing the residues of gallium, it would also be conceivable to completely oxidize the gallium during or with the driving in and to use a gallium oxide layer formed as a passivation layer.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Gallium in Form einer eine Galliumverbindung aufweisenden Passivierschicht auf die Substratrückseite aufzubringen. Das Gallium kann dann aus der Passivierschicht in das Substrat eingetrieben werden. Anschließend können die Reste der Galliumverbindung entfernt werden. Beispielsweise kann es sich bei der Galliumverbindung um Gallium(III)-Oxid (Ga2O3) und/oder Gallium-Trichlorid (GaCl3) handeln. Bei der Passivierschicht handelt es sich somit um eine „Opfer-Passivierschicht”.Another possibility is to apply the gallium in the form of a passivating layer having a gallium compound on the back of the substrate. The gallium can then be driven out of the passivation layer into the substrate. Subsequently, the residues of the gallium compound can be removed. For example, the gallium compound may be gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ) and / or gallium trichloride (GaCl 3 ). The passivation layer is thus a "sacrificial passivation layer".
Als Silizium-Substrat kommen grundsätzlich sowohl monokristalline als auch multikristalline Substrate infrage.In principle, both monocrystalline and multicrystalline substrates are suitable as the silicon substrate.
Ferner ist es denkbar, zusätzlich zu dem Gallium-Rückseitenfeld eine Rückseitenpassivierung, beispielsweise mit Siliziumnitrid, zur Ausbildung einer PERC Solarzelle vorzusehen.Furthermore, it is conceivable to provide a backside passivation, for example with silicon nitride, to form a PERC solar cell in addition to the gallium back surface field.
Das Auftragen des Galliums kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Gallium mittels Gasphasenabscheidung durch CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Gasphasenabscheidung) oder PVD (Physical Vapor Deposition; Physikalische Gasphasenabscheidung) aufgebracht werden.The application of gallium can be done in different ways. For example, the gallium may be deposited by vapor deposition by CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition).
Darüber hinaus kann das Gallium auch mittels Rotationsbeschichtung (sein coating) aufgetragen werden. Vorteilhaft braucht dazu ein Wafer lediglich auf 30°C erwärmt werden, da Gallium bei dieser Temperatur schmilzt und sich somit durch die Zentrifugalkräfte bei Rotation verteilt.In addition, the gallium can also be applied by means of spin coating (coating). Advantageously, a wafer only needs to be heated to 30 ° C, since gallium melts at this temperature and thus distributed by the centrifugal forces during rotation.
Ferner ist auch ein Aufbringen des Galliums durch Aufdampfen, Sputtern oder Aufdrucken, beispielsweise mittels Siebdruck oder Tintenstrahldruck, sowie ein Aufbringen in Pastenform oder durch Tauchen denkbar.Furthermore, it is also conceivable to apply the gallium by vapor deposition, sputtering or printing, for example by means of screen printing or inkjet printing, and application in paste form or by dipping.
Ferner denkbar ist das Aufbringen von Gallium durch Kontakt mit einer galliumhaltigen Atmosphäre oder mit einem galliumhaltigen Glas. Eine weitere denkbare Möglichkeit wäre die Ionenimplantation.Also conceivable is the application of gallium by contact with a gallium-containing atmosphere or with a gallium-containing glass. Another conceivable option would be ion implantation.
Eine Metallisierung eines mit einem Gallium-Rückseitenfeld versehenen Substrats wird vorzugsweise ohne Aluminium vorgenommen, da ein Aluminium-Silizium-Eutektikum an der Rückseite das Gallium-Rückseitenfeld beschädigen oder zerstören könnte. Somit kommen bevorzugt andere Metalle zum Einsatz. Beispielsweise kann eine Metallisierung mittels silberhaltiger Pasten vorgesehen werden.Metallization of a gallium backface arrayed substrate is preferably done without aluminum because an aluminum-silicon eutectic on the backside could damage or destroy the gallium backface. Thus, preferably other metals are used. For example, a metallization can be provided by means of silver-containing pastes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the other dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
Gemäß einer Ausführungsform einer Solarzelle weist das Gallium-Rückseitenfeld eine Gallium-Dotierung bis zu einer Tiefe von größer als 500 Nanometer in dem Silizium-Substrat auf. Vorzugsweise ist die Galliumdotierung bis zu einer Tiefe von größer als 2 Mikrometer (μm) vorgesehen. Beispielsweise kann die Galliumdotierung bis in eine Tiefe von 2 bis 5 μm vorgesehen sein. Denkbar sind auch Tiefen der Galliumdotierung von größer als 5 μm, insbesondere bis zu 20 μm. Vorteilhaft sind auf diese Weise hohe Gesamtkonzentrationen des Galliums im Substrat durch Ausbildung des Gallium-Rückseitenfeldes ermöglicht.In one embodiment of a solar cell, the gallium back surface field has gallium doping to a depth greater than 500 nanometers in the silicon substrate. Preferably, the gallium doping is provided to a depth greater than 2 microns (μm). For example, the gallium doping can be provided to a depth of 2 to 5 microns. Also conceivable are depths of gallium doping greater than 5 microns, especially up to 20 microns. In this way, high total concentrations of gallium in the substrate are advantageously made possible by forming the gallium back surface field.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Passivierschicht an der Substratrückseite vorgesehen. Insbesondere kann es sich bei der Solarzelle daher um eine PERC Solarzelle handeln. Vorteilhaft wird somit die Effizienz der Solarzelle erhöht. Sofern die Passivierschicht vor dem Eintreiben des Galliums aufgebracht wird, kann diese mit einer Strukturierung bzw. mit Ausnehmungen, insbesondere mittels Laserablation, versehen werden und das Gallium im Bereich der Ausnehmungen lokal eingetrieben werden. Sofern die Passivierung nach dem Eintreiben des Galliums aufgebracht wird, kann das Gallium vollflächig eingetrieben werden. Bei einer Ausführungsform – werden in diesem Fall nach dem Eintreiben sämtliche Gallium – rückstände vor dem Aufbringen der Passivierschicht entfernt, beispielsweise durch Rückätzen. According to one embodiment, a passivation layer is provided on the substrate backside. In particular, the solar cell can therefore be a PERC solar cell. The efficiency of the solar cell is thus advantageously increased. If the passivation layer is applied before the gallium is driven in, it can be provided with a structuring or with recesses, in particular by means of laser ablation, and the gallium can be locally driven in the area of the recesses. If the passivation is applied after driving in the gallium, the gallium can be driven over the entire surface. In one embodiment - in this case, after the driving in, all the gallium residues are removed before the application of the passivation layer, for example by etching back.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Passivierschicht als Galliumoxidschicht ausgebildet. Auf diese Weise kann das Gallium-Rückseitenfeld durch Eintreiben von Gallium in das Silizium-Substrat hergestellt werden, ohne die Galliumoxidschicht anschließend entfernen zu müssen. Insbesondere kann das Gallium mit dem Eintreiben auch oxidiert werden, sodass die Galliumoxidschicht in einem Schritt mit dem Eintreiben ausgebildet wird. Somit kann vorteilhaft die Anzahl der Prozessschritte für die Herstellung der Solarzelle verringert werden.According to a further embodiment, the passivation layer is formed as a gallium oxide layer. In this way, the gallium back surface field can be made by driving gallium into the silicon substrate without having to subsequently remove the gallium oxide layer. In particular, the gallium may also be oxidized upon driving so that the gallium oxide layer is formed in one step with driving. Thus, advantageously, the number of process steps for the production of the solar cell can be reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Silizium-Substrat eine Gallium-Konzentration größer als 1017 Atome pro Kubikzentimeter auf. Vorzugsweise ist die Konzentration größer als 1018 Atome pro Kubikzentimeter. Besonders hohe Konzentrationen sind möglich, wenn ein bereits auf herkömmliche Weise Gallium dotierter Wafer als Silizium-Substrat verwendet wird, und zusätzlich das Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist.According to a preferred embodiment, the silicon substrate has a gallium concentration greater than 10 17 atoms per cubic centimeter. Preferably, the concentration is greater than 10 18 atoms per cubic centimeter. Particularly high concentrations are possible when an already conventionally gallium-doped wafer is used as the silicon substrate, and in addition the gallium back surface field is provided.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Gallium-Rückseitenfeld vollflächig in der obersten Schicht an der Substratrückseite des Silizium-Substrats vorgesehen. Auf diese Weise sind vorteilhaft hohe Gesamtkonzentrationen des Galliums im Silizium-Substrat möglich.In one embodiment, the gallium backplate is provided all over the topmost layer on the substrate backside of the silicon substrate. In this way, advantageously high total concentrations of gallium in the silicon substrate are possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gallium-Rückseitenfeld lediglich abschnittsweise lokal in der obersten Schicht an der Substratrückseite des Silizium-Substrats vorgesehen. Insbesondere handelt es sich bei den lokalen Abschnitten des Gallium-Rückseitenfeldes um den Bereich von Ausnehmungen einer Passivierschicht. Die Ausnehmungen sind beispielsweise mittels Laserablation in die Passivierschicht eingebracht. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine PERC Solarzelle mit hoher Effizienz und ohne die negativen Rekombinationseigenschaften von Aluminium bereitgestellt werden.According to a further embodiment, the gallium back surface field is only partially provided locally in the uppermost layer on the substrate rear side of the silicon substrate. In particular, the local portions of the gallium backside field are the area of recesses of a passivation layer. The recesses are introduced into the passivation layer, for example by means of laser ablation. Advantageously, in this way a PERC solar cell can be provided with high efficiency and without the negative recombination properties of aluminum.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens ist nach dem Eintreiben ein Schritt des Entfernens von Rückständen des Galliums vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich werden bei dem Schritt des Entfernens Rückstände eine Gallium-Silizium-Legierung entfernt, welche bei dem Eintreiben entstanden ist oder entstehen kann. Vorteilhaft kann das Substrat somit in herkömmlicher Weise weiter prozessiert werden, ohne dabei auf den niedrigen Schmelzpunkt des Galliums bzw. Gallium-Silizium-Eutektikums Rücksicht nehmen zu müssen.According to one embodiment of a method, after depletion, a step of removing residues of gallium is provided. Alternatively or additionally, in the step of removing residues, a gallium-silicon alloy is removed which has or may be generated during the driving. Advantageously, the substrate can thus be further processed in a conventional manner, without having to take into account the low melting point of gallium or gallium-silicon eutectic consideration.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Gallium während des Eintreibens zur Ausbildung einer Passivierschicht oxidiert. Insbesondere entsteht dabei eine ganzflächige Ga2O3 Schicht. Besonders vorteilhaft wird somit gleichzeitig das Gallium zum Ausbilden eines Gallium-Rückseitenfeldes in das Substrat eingetrieben und eine Passivierschicht gebildet. Vorteilhaft kann somit ein weiterer Schritt des Aufbringens einer Passivierschicht entfallen.In one embodiment, the gallium is oxidized during driving to form a passivation layer. In particular, a full-surface Ga 2 O 3 layer is formed. Thus, it is particularly advantageous to simultaneously drive the gallium into the substrate to form a gallium back surface field and to form a passivation layer. Advantageously, therefore, a further step of applying a passivation layer can be dispensed with.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Eintreiben des Galliums in das Silizium-Substrat eine Behandlung durch hohe Temperatur bzw. Glühen, Laserstrahl, Blitzlampe und/oder Feuern. Beispielsweise kann reines Gallium durch Glühen, Feuern, Blitzlampe oder Laser eingetrieben werden. Aus einer eine Galliumverbindung enthaltenen Passivierschicht kann das Gallium beispielsweise thermisch, d. h. durch hohe Temperatur, mittels Laser, oder mittels Blitzlampe in das Silizium-Substrat eingetrieben werden. Falls das Gallium beim Eintreiben zu einer Passivierschicht oxidiert werden soll, wird das Eintreiben vorzugsweise thermisch vorgenommen.In one embodiment, driving the gallium into the silicon substrate includes high temperature annealing, laser beam, flash lamp, and / or firing. For example, pure gallium can be driven by annealing, firing, flash lamp or laser. For example, from a passivation layer containing a gallium compound, the gallium may be thermally, i. H. be driven by high temperature, by laser, or by flash lamp in the silicon substrate. If the gallium is to be oxidized on driving to a passivation layer, the driving is preferably carried out thermally.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Gallium bei dem Eintreiben in eine Tiefe größer als 500 Nanometer eingetrieben. Insbesondere ist die Tiefe größer als 2 Mikrometer.In one embodiment, the gallium is driven in driving to a depth greater than 500 nanometers. In particular, the depth is greater than 2 microns.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale einer Solarzelle auf ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle übertragbar, und umgekehrt.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. In particular, all the features of a solar cell can be transferred to a process for producing the solar cell, and vice versa.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGCONTENT OF THE DRAWING
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows:
Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying figures of the drawing are intended to convey a further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Auf der Rechtsachse bzw. Abszissenachse ist das Konzentrationsverhältnis zwischen Gallium und Silizium aufgetragen, wobei die untere Skala den Atomprozentanteil und die obere Skala den Gewichtsprozentanteil von Gallium repräsentiert.On the right axis or abscissa axis, the concentration ratio between gallium and silicon is plotted, the lower scale represents the atomic percentage and the upper scale represents the weight percentage of gallium.
Auf der Hochachse bzw. Ordinatenachse ist die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen.On the vertical axis or ordinate axis the temperature is plotted in degrees Celsius.
Die Soliduslinie S des Systems verläuft bei Konzentrationen bis zu 90 Atomprozent Gallium oberhalb von 1000°C. Dennoch existiert bei einem Anteil von 99,994 Atomprozent Gallium ein Eutektikum E, d. h. eine niedrigschmelzende flüssige Phase, bei einer Temperatur TSE von knapp unter 30°C (29,77 Celsius).The solidus line S of the system runs at concentrations up to 90 atomic percent gallium above 1000 ° C. Nevertheless, with a share of 99.994 atomic percent gallium, there is a eutectic E, ie a low-melting liquid phase, at a temperature T SE of just below 30 ° C. (29.77 Celsius).
Aufgrund dieser Eigenschaft des Systems Silizium-Gallium ist eine Durchmischung der Elemente bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wenn auch mit sehr kleiner aber ausreichender Löslichkeit von Gallium in Silizium, ermöglicht.Because of this property of the silicon-gallium system, mixing of the elements at relatively low temperatures is possible, albeit with very little but sufficient solubility of gallium in silicon.
Ferner weist Gallium bei niedrigeren Temperaturen eine vergleichsweise hohe Diffusionskonstante in Silizium auf. Die folgende Tabelle zeigt die unterschiedlichen effektiven Diffusionskonstanten Deff verschiedener Dotanden in Silizium bei einer bestimmten Temperatur unter Berücksichtigung der Aktivierungsenergie. Als Vergleich werden die Diffusionskonstanten von Phosphor (P), Bor (B) und Gallium (Ga) in Silizium gegenübergestellt:
Demgemäß weist Phosphor bei einer Temperatur von 820°C, was der Temperatur einer Emitterdiffusion entspricht, einen Wert auf, welcher von Gallium bereits bei 850°C ebenfalls erreicht wird. Bor benötigt hingegen für eine derartige Diffusionskonstante wesentlich höhere Temperaturen.Accordingly, phosphorus at a temperature of 820 ° C, which corresponds to the temperature of an emitter diffusion, has a value which is also reached by gallium at 850 ° C. Boron, on the other hand, requires significantly higher temperatures for such a diffusion constant.
Der Vergleich zeigt, dass aus thermodynamischer Sicht eine Diffusion von Gallium deutlich der von Bor zu bevorzugen ist.The comparison shows that, from a thermodynamic point of view, diffusion of gallium is much preferable to that of boron.
Es handelt sich um ein zur Herstellung einer Solarzelle
An einer Substratrückseite
Das Eintreiben ist hier mit den gewellten Pfeilen zwischen
Durch das Eintreiben hat sich in den Silizium-Substrat
Auf diese Weise kann eine Solarzelle hergestellt werden, die an der Substratrückseite
Die
Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen PERC Prozess, das heißt einen Herstellungsprozess einer Solarzelle mit lokaler Ausbildung eines Gallium-Rückseitenfeldes (GA-BSF) in einem einkristallinen Wafer. Beispielsweise kann es dich um einen CZ-Wafer, FZ-Wafer, Quasi-Monokristallinen Wafer, oder dergleichen handeln.In this embodiment, it is a PERC process, that is, a manufacturing process of a solar cell with local formation of a gallium back surface field (GA-BSF) in a single crystal wafer. For example, you may be dealing with a CZ wafer, FZ wafer, quasi-monocrystalline wafer, or the like.
Eine Übertragung des Ausführungsbeispiels auf multikristalline (mc) Wafer ist aber selbstverständlich ebenso möglich.Of course, a transfer of the embodiment to multicrystalline (mc) wafers is also possible.
Dieser beinhaltet insbesondere einen Schritt des Reinigens bzw. der Sägeschadenätze eines Wafers. Dieser wird mit einer alkalischen Textur versehen und einer Emitterdiffusion unterzogen. Darüber hinaus finden die Schritte der Kantenisolation, der Phosphorglasätze und der Rückseitenpolitur statt. Diese Schritte können bei einer Ausführungsform gleich wie bei einem herkömmlichen Herstellungsprozess eines Substrats für eine Solarzelle vorgenommen werden.In particular, this includes a step of cleaning or sawing damage sets of a wafer. This is provided with an alkaline texture and subjected to emitter diffusion. In addition, the steps of the edge insulation, the Phosphorglasätze and the back side polishing take place. In one embodiment, these steps may be performed the same as in a conventional manufacturing process of a substrate for a solar cell.
Die beiden Schritte gemäß
Das vollflächige Aufbringen des Galliums kann auf unterschiedliche Weise, beispielsweise durch PVD, CVD, Siebdruck oder Tintenstrahldruck vorgenommen werden. Die Ausnehmung
Auch dieser Schritt stellt einen Unterschied des Verfahrens zum Herstellungsprozess herkömmlicher PERC Solarzellen dar.This step also represents a difference of the method to the production process of conventional PERC solar cells.
Das Eintreiben erfolgt hier beispielsweise thermisch, d. h. durch Glühen des Substrats. Alternativ oder zusätzlich zum Glühen kann auch eine Laserbehandlung zum Eintreiben vorgesehen sein.The driving takes place here, for example, thermally, d. H. by annealing the substrate. Alternatively or additionally to the annealing, a laser treatment for driving in can also be provided.
Bei dem Eintreiben bildet sich ein Eutektikum, d. h. eine flüssige Phase einer Gallium-Silizium-Verbindung, und es findet Diffusion von Galliumatomen in das Silizium-Substrat statt. Der Diffusionsprozess wird durch die Verflüssigung beschleunigt und intensiviert.When driving a eutectic forms, d. H. a liquid phase of a gallium-silicon compound, and diffusion of gallium atoms into the silicon substrate takes place. The diffusion process is accelerated and intensified by the liquefaction.
Beim Erstarren der Schmelze findet ein Entmischungsprozess statt, wobei sich das Gallium-Rückseitenfeld
Auf diese Weise wird das reine Silizium-Substrat
Auch dieser Schritt stellt einen Unterschied des Verfahrens zum Herstellungsprozess herkömmlicher PERC Solarzellen dar. Beispielsweise erfolgt das Entfernen der Rückstände
Nach dem Entfernen der Rückstände
Es ist hier lediglich der Bereich der Substratrückseite
Wie bei dem Herstellungsprozess einer herkömmlichen PERC Solarzelle wird vor oder nach dem dargestellten Schritt des Metallisierens der Substratrückseite die nicht dargestellte Vorderseite behandelt. Dazu wird die nicht dargestellte Vorderseite üblicherweise mit einem selektiven Emitter versehen und eine Antireflexschicht, beispielsweise aus Siliziumnitrit, auf der Vorderseite aufgebracht. Ferner wird eine Metallisierung der Vorderseite mittels Aufbringen eines sogenannten Grids durch Siebdruck, Aufbringen von Silberpads zur Kontaktierung sowie Feuern des Substrats vorgenommen.As in the manufacturing process of a conventional PERC solar cell, the front side, not shown, is treated before or after the illustrated step of metallizing the back of the substrate. For this purpose, the front side, not shown, is usually provided with a selective emitter and applied an antireflection layer, for example of silicon nitride, on the front. Furthermore, a metallization of the front side by means of applying a so-called grid by screen printing, applying silver pads for contacting and firing of the substrate is made.
Die hier in
Im Falle des Vorliegens einer Passivierschicht
Für die Erzielung der Querleitfähigkeit wird auf der Nickelschicht
Zur besseren Lötbarkeit und zur Vermeidung von Korrosion wird die Kupferschicht
Für die Kontaktausbildung wird der Wafer auf ca. 200–400°C erwärmt, wodurch sich ein sehr gut kontaktierendes Nickelsilizid bildet. Die thermische Behandlung kann unmittelbar nach dem Nickel-Plating, vorteilhafterweise aber auch nach der Abscheidung der Gesamtschicht
Somit ist die Solarzelle
Alternativ zu einem Plating-Prozess kann die Rückseiten-Metallisierung auch durch Aufdampfen oder durch Siebdruck nicht-feuernder Paste vorgenommen werden.As an alternative to a plating process, the backside metallization can also be done by vapor deposition or screen printing of non-firing paste.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen: Beispiel für einen PERC Prozess (einkristalliner Wafer) mit lokaler Ga-BSF (Gallium-Rückseitenfeld) Ausbildung
- • Sägeschadenätze
- • Alkalische Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Rückseitenpassivierung (SiN)
- • Laserablation
- • Aufbringen von vollflächigem Ga (PVD/CVD/Siebdruck/Tintenstrahldruck)
- • Eintreiben des Ga aus der Oxidschicht (Thermisch, Laser) zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm über ein Eutektikum
- • Rückätzen von Ga-Rückständen
- • Selektiver Emitter
- • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
- • Saw damage sets
- • Alkaline texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- Backside passivation (SiN)
- • laser ablation
- Apply Full Ga (PVD / CVD / Screen Printing / Inkjet Printing)
- • Driving the Ga out of the oxide layer (thermal, laser) to form a BSF with thickness> 500 nm via a eutectic
- • Back etching of Ga residues
- • Selective emitter
- • Anti-reflection layer on the front (SiN)
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Beispiel für einen mc-PERC Prozess (multikristalliner Wafer) mit lokaler Ga-BSF Ausbildung
- • Saure Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Rückseitenpassivierung SiN
- • Laserablation
- • Aufbringen von vollflächigem Ga (PVD/CVD/Siebdruck/Tintenstrahldruck)
- • Eintreiben des Ga aus der Oxidschicht (Thermisch, Laser) zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm über ein Eutektikum
- • Rückätzen von Ga-Rückständen
- • Selektiver Emitter
- • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
- • Acid texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- • Backside passivation SiN
- • laser ablation
- Apply Full Ga (PVD / CVD / Screen Printing / Inkjet Printing)
- • Driving the Ga out of the oxide layer (thermal, laser) to form a BSF with thickness> 500 nm via a eutectic
- • Back etching of Ga residues
- • Selective emitter
- • Anti-reflection layer on the front (SiN)
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Die
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um eine Solarzelle
Bei dem Silizium-Substrat
Hier wird das Gallium
Auch hier werden anschließend die Schritte des Entfernens von Rückständen
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen:
Bei einem Beispiel für einen CZ-Ga-BSF-Prozess (Monokristalliner CZ-Wafer mit Gallium-Rückseitenfeld)
- • Sägeschadenätze
- • Alkalische Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Vorderseiten SiN (Antireflexschicht)
- • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite
- (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
- • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
- • Entfernen der Legierung aus Ga und Si
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
An Example of a CZ-Ga-BSF Process (Monocrystalline CZ Wafer with Gallium Back Side Panel)
- • Saw damage sets
- • Alkaline texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- Front side SiN (antireflection layer)
- • Apply the gallium all over the back
- (PVD, CVD, sputtering, dipping, inkjet printing, screen printing)
- • Driving in by firing, flash lamp to form a BSF with thickness> 500 nm
- • Remove the alloy of Ga and Si
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Bei einem Beispiel für einen mc-Ga-BSF Prozess (Multikristalliner Wafer mit Gallium-Rückseitenfeld)
- • Saure Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Vorderseiten SiN (Antireflexschicht)
- • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
- • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
- • Entfernen der Legierung aus Ga und Si
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
- • Acid texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- Front side SiN (antireflection layer)
- Full application of gallium on the reverse side (PVD, CVD, sputtering, dipping, inkjet printing, screen printing)
- • Driving in by firing, flash lamp to form a BSF with thickness> 500 nm
- • Remove the alloy of Ga and Si
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Die
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den ersten beiden Ausführungsbeispielen dadurch, dass anstatt einer Schicht mit Gallium
Bei der Galliumverbindung
Bei dem Silizium-Substrat
Aus der Passivierschicht
Auf das so entstandene vollflächige Gallium-Rückseitenfeld
Anschließend wird eine Rückseiten-Metallisierung vorgenommen, wie in den
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen: Bei einem Beispiel für einen PERC Prozess (einkristalliner Wafer) mit Ga2O3/GaCl3-Opfer-Passivierung
- • Sägeschadenätze
- • Alkalische Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Opferpassivierung mit Ga2O3/GaCl3 (z. B. PVD/CVD)
- • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
- • Rückätzen von Ga-Rückständen
- • Rückseitenpassivierung SiN
- • Laserablation
- • Selektiver Emitter
- • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
- • Saw damage sets
- • Alkaline texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- • sacrificial passivation with Ga2O3 / GaCl3 (eg PVD / CVD)
- • Driving in by firing, flash lamp to form a BSF with thickness> 500 nm
- • Back etching of Ga residues
- • Backside passivation SiN
- • laser ablation
- • Selective emitter
- • Anti-reflection layer on the front (SiN)
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Bei einem Beispiel für einen mc-PERC Prozess (multikristalliner Wafer) mit Ga2O3/GaCl3-Opferpassivierung
- • Saure Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Opferpassivierung mit Ga2O3/GaCl3 (z. B. PVD/CVD)
- • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
- • Rückätzen von Ga-Rückständen
- • Rückseitenpassivierung SiN
- • Laserablation
- • Selektiver Emitter
- • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
- • Acid texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- • sacrificial passivation with Ga2O3 / GaCl3 (eg PVD / CVD)
- • Driving in by firing, flash lamp to form a BSF with thickness> 500 nm
- • Back etching of Ga residues
- • Backside passivation SiN
- • laser ablation
- • Selective emitter
- • Anti-reflection layer on the front (SiN)
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Die
Im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen bildet das Gallium hier sowohl ein Rückseitenfeld
Das Gallium
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen:
Beispiel für einen PERC-Prozess (einkristalliner Wafer), bei dem Ga sowohl ein BSF als auch eine Passivierschicht ausbildet
- • Sägeschadenätze
- • Alkalische Textur
- • Emitterdiffusion
- • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
- • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
- • Thermisches Eintreiben und Oxidieren des Ga zur gleichzeitigen Ausbildung eines Ga-BSFs mit Dicke > 500 nm und einer Ga2O3-Schicht
- • Laserablation
- • Selektiver Emitter
- • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
- • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
- • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
- • Deckschicht Zinn zum Löten
Example of a PERC process (single-crystal wafer) in which Ga forms both a BSF and a passivation layer
- • Saw damage sets
- • Alkaline texture
- • emitter diffusion
- • Edge insulation / Phosphor glass etchings / Backside polish
- Full application of gallium on the reverse side (PVD, CVD, sputtering, dipping, inkjet printing, screen printing)
- • Thermal driving and oxidation of the Ga for the simultaneous formation of a Ga-BSF with thickness> 500 nm and a Ga2O3 layer
- • laser ablation
- • Selective emitter
- • Anti-reflection layer on the front (SiN)
- • Screen printing front side grid / firing
- Plating of nickel / formation of Ni x Si y thermal / plating of copper
- • Cover tin for soldering
Bei allen vier Ausführungsformen kann das Aufbringen des Galliums auf den Wafer auch mittels Rotationsbeschichten („Spincoating”) erfolgen. Hierzu wird auf den rotierenden, über 30°C warmen Wafer eine bestimmte Menge Ga-Schmelze aufgebracht. Aufgrund der Zentrifugalkraft wird die Schmelze dabei gleichmäßig über den Wafer verteilt. Selbstverständlich kann Gallium auch als Emulsion oder Lösung eines seiner Verbindungen aufgebracht werden.In all four embodiments, the application of the gallium onto the wafer can also be effected by means of spin coating. For this purpose, a certain amount of Ga melt is applied to the rotating, over 30 ° C hot wafer. Due to the centrifugal force, the melt is distributed evenly over the wafer. Of course, gallium can also be applied as an emulsion or solution of one of its compounds.
Zum Aufbringen und Eintreiben existieren ebenfalls bevorzugte Alternativen: So ist zum Eintreiben von Gallium aus einer Ga2O3/GaCl3 Opferpassivierung das Aufbringen mittels CVD und Eintreiben mittels Blitzlampe eine effektive Kombination. Für reines Gallium ist das Aufbringen mittels Spincoating und Eintreiben mittels Feuern effektiv.For application and driving there are also preferred alternatives: For driving gallium from a Ga2O3 / GaCl3 sacrificial passivation, the application by CVD and driving by flash lamp is an effective combination. For pure gallium, spincoating and firing are effective.
Als Siebdruckpasten für die Metallisierung kommen vor allem silberhaltige Pasten in Frage. Diese werden Temperaturen von 800–900°C gefeuert und bilden mit Silizium kein Eutektikum.As silkscreen pastes for metallization especially silver-containing pastes come into question. These are fired at temperatures of 800-900 ° C and do not form a eutectic with silicon.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of ways.
Beispielsweise ist die Ausbildung des Gallium-Rückseitenfeldes auch für bifaziale Solarzellen möglich. Dafür wird die vollflächige Rückseitenmetallisierung durch ein Finger-Layout ersetzt.For example, the formation of the gallium back field is also possible for bifacial solar cells. For this, the full-surface backside metallization is replaced by a finger layout.
Die Metallisierung kann bei unterschiedlichen Ausführungsformen sowohl lokal (LCO's) als auch ganzflächig erfolgen. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine gleichzeitige Metallisierung beider Seiten des Silizium-Substrats
Beispielsweise braucht man aber auch bei einer Solarzelle, die ein Substrat mit p-Typ-Dotierung nutzt und bei der der Emitter auf der Rückseite ausgebildet wird, auf der Vorderseite ein sogenanntes Front Surface Field vom p-Typ. Hierzu kann ebenfalls das galliumdotierte Gebiet vollflächig oder lokal an der Vorderseite, d. h. als Vorderseitenfeld bzw. Front Surface Field, ausgebildet werden.For example, it is also necessary for a solar cell, which uses a substrate with p-type doping and in which the emitter is formed on the back, on the front side of a so-called p-type front surface field. For this purpose, the gallium-doped area can also be completely or locally at the front, d. H. be designed as front panel or front surface field.
Ferner kann ein Gallium-hochdotierter Bereich auch als Emitter auf der Vorderseite ausgebildet werden. Wenn es sich um einen n-Typ-Wafer handelt (d. h. die Basis ist n-Typ dotiert), dann handelt es sich bei dem Emitter auf der Vorderseite um einen p+-dotierten Bereich. Hier kann Gallium als Dotierelement genutzt werden.Further, a gallium highly doped region may also be formed as an emitter on the front side. If it is an n-type wafer (i.e., the base is n-type doped), then the emitter on the front side is a p + doped region. Here, gallium can be used as a doping element.
Generell sollte bei der Herstellung das Gallium oder eine Galliumverbindung keinem Hochtemperaturschritt ausgesetzt werden. Lediglich mit Gallium dotiertes Silizium, das heißt ein Gallium-Rückseitenfeld, kann Hochtemperaturschritten ausgesetzt werden.In general, the gallium or a gallium compound should not be exposed to a high-temperature step during production. Only gallium doped silicon, that is, a gallium backside field, can be exposed to high temperature steps.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Solarzellesolar cell
- 1'1'
- Solarzellesolar cell
- 1''1''
- Solarzellesolar cell
- 1'''1'''
- Solarzellesolar cell
- 22
- Silizium-SubstratSilicon substrate
- 33
- SubstratrückseiteSubstrate back
- 44
- Gallium-RückseitenfeldGallium back surface field
- 55
- Tiefedepth
- 66
- PassivierschichtPassivation layer
- 77
- oberste Schichttop layer
- 8 8th
- Galliumgallium
- 8'8th'
- Rückständearrears
- 99
- Ausnehmungenrecesses
- 1010
- PassivierschichtPassivation layer
- 1111
- Galliumverbindunggallium
- 11'11 '
- Rückständearrears
- 1212
- PassivierschichtPassivation layer
- 1313
- Nickelschichtnickel layer
- 1414
- Kupferschichtcopper layer
- 1515
- Deckschichttopcoat
- dd
- Dickethickness
- Ee
- Eutektikumeutectic
- SS
- Solidusliniesolidus
- TT
- Temperaturtemperature
- TSETSE
- Temperaturtemperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202015101360 U1 [0003] DE 202015101360 U1 [0003]
- DE 202015103803 U1 [0005] DE 202015103803 U1 [0005]
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016207303.6A DE102016207303A1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Solar cell and method of manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016207303.6A DE102016207303A1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Solar cell and method of manufacture |
Publications (1)
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---|---|
DE102016207303A1 true DE102016207303A1 (en) | 2017-11-02 |
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ID=60081358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016207303.6A Withdrawn DE102016207303A1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Solar cell and method of manufacture |
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---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2016
- 2016-04-28 DE DE102016207303.6A patent/DE102016207303A1/en not_active Withdrawn
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